[發明專利]一種沖擊地壓/巖爆模擬仿真儲能?時間罐裝置

有效

• 申請號: 201510360554.7
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN105043903B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 肖福坤;劉剛;蔣元男;遲學海;董志玲;馬紅濤;申志亮;張峰瑞;張澤;王一斐
• 申請（專利權）人: 黑龍江科技大學
• 主分類號: G01N3/307
• 分類號: G01N3/307
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司23206
• 代理人: 高媛

技術領域

本發明屬于巖土工程技術領域，具體涉及一種適用于室內研究沖擊地壓/巖爆發生過程反演、能量定量描述及機理研究的實驗裝置。

背景技術

沖擊地壓/巖爆是巖石工程中圍巖體的突然破壞，并伴隨著巖體中應變能的突然釋放，是一種巖石破裂過程失穩現象。這種現象包含兩個核心因素，一個是煤巖體積聚大量的彈性變形勢能，一個是煤巖體彈性能突然猛烈的釋放，最終導致煤巖體弱勢區爆裂并彈射出來。往往造成開挖工作面的嚴重破壞、設備損壞和人員傷亡，已成為巖石地下工程和巖石力學領域的世界性難題。

隨著開采深度增加，沖擊地壓/巖爆動力災害頻繁發生，對現場作業人員安全和現場設備正常工作造成嚴重影響，并易誘發瓦斯突出等嚴重二次災害，故對沖擊地壓/巖爆發生過程反演及機理研究及其重要。對沖擊地壓機理研究可從理論分析、實驗研究和數值模擬三方面，首先理論方面提出各種理論包括能量理論、強度理論等，這些理論各有優缺點，但均不能包含煤巖體節理、裂隙和內部構造缺陷等。現場機理研究由于地質條件的復雜性、事故突發不可預見性、發生不可重復性和發生過程危險性等，一般只能通過事故發生后反推整個過程主控因素，由于太多不確定性因素，現場發生機理研究存在一定局限性。針對上述研究缺陷，進行實驗研究機理為一條合理可行思路。

依據沖擊地壓/巖爆發生特點，在室內真實反演沖擊地壓/巖爆發生過程所需考慮問題包括，加載裝置提供能量，使煤巖樣能積聚大量的彈性能，以模擬沖擊地壓/巖爆能量積聚過程；儲能體對接觸煤巖樣提供能量后，能保持穩定性，外部圍巖能繼續向內部儲能體提供能量，致使破壞進一步加劇，模擬沖擊地壓/巖爆發生過程能量傳遞特點；記錄煤巖樣破壞瞬時所需時間，以研究沖擊地壓/巖爆能量釋放速度對破壞形式影響。但是，目前還沒有設備綜合考慮到上述三個因素，故本發明針對定量描述和反演沖擊地壓/巖爆發生過程實驗仿真起到突破性進展。

發明內容

本發明的目的是提供一種沖擊地壓/巖爆模擬仿真儲能-時間罐裝置，該裝置能完成沖擊地壓/巖爆發生過程積聚彈性能的量化轉化實驗，對沖擊地壓/巖爆機理研究將有突破性進展，并考慮了沖擊地壓發生能量和時間因素特性，能記錄彈性能積聚過程并記錄彈性能釋放所需時間。

所述沖擊地壓/巖爆中的“/”表示“或”的關系，所述儲能-時間罐裝置中的“-”表示“和”的關系。

實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種沖擊地壓/巖爆模擬仿真儲能-時間罐裝置，它包括下加載油缸、上壓力傳感器、下壓力傳感器、下儲能-時間罐、下剛性彈簧、下彈簧變形記量光碼器、下滾排、下內部位移回彈計時器、下柔性彈簧、煤巖試件、引伸計、下剛性壓板、上儲能-時間罐、長剛性桿件、短剛性桿件、45°卡盤、螺桿、上加載油缸、上位移記錄器、上滾排、上剛性彈簧、上彈簧變形記量光碼器、上內部位移回彈計時器、上柔性彈簧、上剛性壓板、下位移記錄器；

所述下儲能-時間罐和上儲能-時間罐的橫截面均為矩形，下儲能-時間罐的內周四壁均水平設有數個下滾排，所述上儲能-時間罐的內周四壁均水平設有數個上滾排，下儲能-時間罐內設有下剛性彈簧、下彈簧變形記量光碼器、下內部位移回彈計時器及四個下柔性彈簧，所述下剛性彈簧設置在下儲能-時間罐內的中部，所述四個下柔性彈簧對稱設置在下剛性彈簧的外側，下剛性彈簧以及四個下柔性彈簧的上端均與下剛性壓板連接，下剛性彈簧以及四個下柔性彈簧的下端均與下儲能-時間罐連接，所述下剛性壓板與設置在下儲能-時間罐內的下滾排接觸，所述下彈簧變形記量光碼器的上端與下剛性壓板連接，下彈簧變形記量光碼器的下端與下儲能-時間罐連接，所述下內部位移回彈計時器與下彈簧變形記量光碼器及下儲能-時間罐連接；

上儲能-時間罐內設置有上剛性彈簧、上彈簧變形記量光碼器、下內部位移回彈計時器及四個上柔性彈簧，所述上剛性彈簧設置在上儲能-時間罐內的中部，所述四個上柔性彈簧均布設置在上剛性彈簧的外側，上剛性彈簧以及四個上柔性彈簧的下端均與上剛性壓板連接，上剛性彈簧以及四個上柔性彈簧的上端均與上儲能-時間罐連接，所述上剛性壓板與設置在上儲能-時間罐內的上滾排接觸，所述上彈簧變形記量光碼器的下端與上剛性壓板連接，上彈簧變形記量光碼器的上端與上儲能-時間罐連接，所述上內部位移回彈計時器與上彈簧變形記量光碼器及上儲能-時間罐連接；